全自動洗衣機plc程序設(shè)計

1、機電傳動控制課程設(shè)計說明書院系班級姓 名學(xué) 號指導(dǎo)老師 摘要隨著人們生活水平的不斷提高，洗衣機已經(jīng)作為一件必備實用的家用電器進入了千家萬戶。人們對洗衣機依賴性的加強也必然要求著洗衣機的各相性能得到同步加強，要求著洗衣機適應(yīng)各種不同使用環(huán)境的能力得到進一步提升。近年來，可編程控制器在我國的迅速發(fā)展，它所具有的功能性強、可靠性高、配制方法靈活等特點是其它控制器所無法匹敵的，因此，它被越來越廣泛的應(yīng)用于各類工業(yè)控制領(lǐng)域并加快了向民眾生活進軍的步法。本文講述的是如何利用 PLC 實現(xiàn)全自動洗衣機的控制，實現(xiàn)洗衣、清水、脫水的全自動控制。本文結(jié)合 任務(wù)設(shè)計書的要求，以洗衣機為研究對象，采用了三菱公司 F

2、X2n 系列可編程邏輯控制器作為洗衣機的控制器。對洗衣機的控制系統(tǒng)的總體功能進行了分析，闡述了可編程邏輯控制器的組成和工作原理。并提出了洗衣機硬件的各組成模塊及詳細的硬件模塊設(shè)計方案。本設(shè)計改善了洗衣機系統(tǒng)的控制品質(zhì)，并真正地達到了實時全自動控制的要求。關(guān)鍵字： 洗衣機； 全自動； 可編程邏輯控制器； 控制目錄一、緒論1 1.1、全自動洗衣機的應(yīng)用現(xiàn)狀11.2、設(shè)計全自動洗衣機的意義1 1.3、全自動洗衣機主要實現(xiàn)功能1二、硬件電路的實現(xiàn)2 2.1 主控電路設(shè)計22.1.1 PLC簡介2 2.1.2 控制器I/O口分配表42.1.3 全自動洗衣機PLC控制的硬件圖52.2 單相異步電動機驅(qū)動控

3、制電路設(shè)計5 2.3 報警電路設(shè)計72.4 進排水控制電路設(shè)計82.4.1 進水閥閥門簡介8 2.4.2 進水閥門控制電路設(shè)計102.4.3 排水閥門簡介11 2.4.4 排水閥門控制電路設(shè)計122.5 水位檢測電路設(shè)計13三、軟件程序?qū)崿F(xiàn)14 3.1 軟件開發(fā)環(huán)境簡介143.2 全自動洗衣機程序流程圖153.3全自動洗衣機功能梯形圖編程實現(xiàn)173.4 系統(tǒng)調(diào)試21 結(jié)束語23參考文獻24致謝25附錄26指令表清單：26一、緒論1.1、全自動洗衣機的應(yīng)用現(xiàn)狀目前洗衣機是一種耳熟能詳?shù)募矣秒娖鳎S著科技的進步和人們生活質(zhì)量的提高，以及人們對精神文明的高度追求，那么全自動洗衣機也揭開了面紗，現(xiàn)在做

4、的比較好的，國內(nèi)有小天鵝、海爾、榮事達等等，國外有西門子，博世等等。這些廠家所生產(chǎn)的全自動洗衣機還是比較好的，但所謂物以稀為貴，所以相對來說價格還存在很大的異議。而人們追求的高質(zhì)量生活，也就對這些不是很過問了，只要買來好用就可以了，所以目前市場上還是有很大的發(fā)展空間。1.2、設(shè)計全自動洗衣機的意義 全自動洗衣機以其固有的優(yōu)點還是贏得了很多的消費者的信賴，應(yīng)用而生，它將是現(xiàn)在到未來的星星產(chǎn)品，所以有必要開發(fā)和改善現(xiàn)有的全自動洗衣機，應(yīng)用最先進的科技技術(shù) ，投入最少的資金。而目前隨著PLC價格下降，PLC的應(yīng)用不斷普及，同時，PLC本身所具有的：可靠性高、抗干擾能力強、編程簡單、體積小、功耗低、便

5、于維護等特點使得PLC成為工控領(lǐng)域的首選控制器，所以可以應(yīng)用該產(chǎn)品進行研發(fā)，從而達到洗衣機自動化控制，更多的贏得消費者的青睞。1.3、全自動洗衣機主要實現(xiàn)功能本篇論文所設(shè)計的全自動洗衣機的功能主要包括：自動洗滌，自動漂洗，自動脫水三個主要階段，同時可手控洗滌衣物。通過PLC具體實現(xiàn)過程為：（1）按下啟動按鈕及水位選擇開關(guān)，注水直到水位開關(guān)設(shè)定的水位，關(guān)閉進水閥。（2）關(guān)閉進水閥后延時2s，然后開始洗滌。（3）洗滌時，洗衣機滾筒首先正轉(zhuǎn)30s，停止2s，然后再反轉(zhuǎn)30s，停止2s（4）如此循環(huán)5次，總共320s后開始排水，水排空以后開始脫水，脫水時間為30s（5）第一次脫水完成后開始自動漂洗，重

6、復(fù)（2）（5）的步驟，一共清洗兩遍（6）清洗完成后，洗衣機報警3s提示洗衣完成并且自動停機（7）在自動控制的過程中若按下停車按扭，可進入手動控制過程，可手動排水（不脫水）和手動脫水。二、硬件電路的實現(xiàn)本篇論文所設(shè)計的全自動洗衣機所包含的硬件電路主要有：主控電路設(shè)計、單相異步電動機驅(qū)動控制電路設(shè)計、報警電路設(shè)計、進排水控制電路設(shè)計、水位檢測控制電路設(shè)計等。2.1 主控電路設(shè)計2.1.1 PLC簡介本文設(shè)計的全自動洗衣機所采用的控制器為三菱公司FX2n系列PLCFX2n-48MR-D?？删幊踢壿嬁刂破鳎≒rogrammable Logic Controller，PLC），它采用一類可編程的存儲器，

7、用于其內(nèi)部存儲程序，執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程?？删幊踢壿嬁刂破鲗嵸|(zhì)是一種專用于工業(yè)控制的計算機，其硬件結(jié)構(gòu)基本上與微型計算機相同，基本構(gòu)成有：、電源可編程邏輯控制器的電源在整個系統(tǒng)中起著十分重要的作用。如果沒有一個良好的、可靠的電源系統(tǒng)是無法正常工作的，因此，可編程邏輯控制器的制造商對電源的設(shè)計和制造也十分重視。一般交流電壓波動在+10%(+15%)范圍內(nèi)，可以不采取其它措施而將PLC直接連接到交流電網(wǎng)上去、中央處理單元(CPU)中央處理單元(CPU)是可編程邏輯控制器的控制中樞。它按照可編程邏輯控制

8、器系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存儲從編程器鍵入的用戶程序和數(shù)據(jù)；檢查電源、存儲器、I/O以及警戒定時器的狀態(tài)，并能診斷用戶程序中的語法錯誤。當可編程邏輯控制器投入運行時，首先它以掃描的方式接收現(xiàn)場各輸入裝置的狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并分別存入I/O映象區(qū)，然后從用戶程序存儲器中逐條讀取用戶程序，經(jīng)過命令解釋后按指令的規(guī)定執(zhí)行邏輯或算數(shù)運算的結(jié)果送入I/O映象區(qū)或數(shù)據(jù)寄存器內(nèi)。等所有的用戶程序執(zhí)行完畢之后，最后將I/O映象區(qū)的各輸出狀態(tài)或輸出寄存器內(nèi)的數(shù)據(jù)傳送到相應(yīng)的輸出裝置，如此循環(huán)運行，直到停止運行。為了進一步提高可編程邏輯控制器的可靠性，近年來對大型可編程邏輯控制器還采用雙CPU構(gòu)成冗余系統(tǒng)，或采用三CP

9、U的表決式系統(tǒng)。這樣，即使某個CPU出現(xiàn)故障，整個系統(tǒng)仍能正常運行。、存儲器存儲器主要包括：系統(tǒng)程序存儲器和用戶程序存儲器。存放系統(tǒng)軟件的存儲器稱為系統(tǒng)程序存儲器。存放應(yīng)用軟件的存儲器稱為用戶程序存儲器。、輸入輸出接口電路輸入接口電路由光耦合電路和微機的輸入接口電路，作用是可編程邏輯控制器與現(xiàn)場控制的接口界面的輸入通道。輸出接口電路由輸出數(shù)據(jù)寄存器、選通電路和中斷請求電路集成，作用可編程邏輯控制器通過現(xiàn)場輸出接口電路向現(xiàn)場的執(zhí)行部件輸出相應(yīng)的控制信號。、功能模塊如計數(shù)、定時等功能模塊。、通信模塊主要用于PLC與其她控制器之間的通信，如SCI通信等。可編程邏輯控制器具有以下鮮明的特點：、系統(tǒng)構(gòu)成

10、靈活，擴展容易，以開關(guān)量控制為其特長；也能進行連續(xù)過程的PID回路控制；并能與上位機構(gòu)成復(fù)雜的控制系統(tǒng)，實現(xiàn)生產(chǎn)過程的綜合自動化。、使用方便，編程簡單，采用簡明的梯形圖、邏輯圖或語句表等編程語言，而無需計算機知識，因此系統(tǒng)開發(fā)周期短，現(xiàn)場調(diào)試容易。另外，可在線修改程序，改變控制方案而不拆動硬件。、能適應(yīng)各種惡劣的運行環(huán)境，抗干擾能力強，可靠性強，遠高于其她各種機型。正是由于以上特點PLC被廣泛應(yīng)用于個工程控制領(lǐng)域。FX2n-48MR-D型PLC屬于FX2n系列，具有48個I/O點數(shù)（輸入24點，輸出24點）的基本單元，繼電器輸出型，使用24V電源。 控制器I/O口分配表表2.1 控制器I/O口

11、分配表輸入輸出停止 X000啟動洗衣機Y000啟動 X001進水閥Y001高水位 X002正轉(zhuǎn)Y002中水位 X003反轉(zhuǎn)Y003低水位 X004排水Y004排空檢測 X005脫水Y005高水位檢測 X006報警Y006中水位檢測 X007低水位檢測 X010手動排水X011手動脫水X012 全自動洗衣機PLC控制的硬件圖圖2.1全自動洗衣機PLC控制的硬件圖如圖2.1所示，按鍵S1-S11分別為不同信號信號輸入，COM口為公共接地端，Y000-Y006分別為不同控制信號輸出端，輸出控制信號控制執(zhí)行電路的工作狀態(tài)。2.2 單相異步電動機驅(qū)動控制電路設(shè)計單相異步電動機主要用于為洗衣機滾筒的轉(zhuǎn)動提

12、供動力，電機驅(qū)動控制電路用于控制電機的啟停，正反轉(zhuǎn)等，保證全自動洗衣機的各項功能正常運行。根據(jù)全自動洗衣機的功能設(shè)計出的單相異步電動機驅(qū)動控制電路如下：圖2.2 單相異步電動機驅(qū)動電路圖如圖2.2所示，KQ為刀開關(guān)，相當于洗衣機的插頭，F(xiàn)U1為熔斷器，可以保護電機不至于因工作異常導(dǎo)致電流過大而使電機燒毀。KM1、KM2分別為繼電器的動合觸點，分別控制電機的正反轉(zhuǎn)。電路的工作原理為：當KM1接通時，電容器串聯(lián)在啟動繞組繞組上，則電流I相位約90°，設(shè)此時電動機正轉(zhuǎn)，當KM1斷開，KM2接通時，電容器從啟動繞組切斷到工作繞組中，則電流I工作繞組超前啟動繞組相位約90°，從而實現(xiàn)

13、了電動機的反轉(zhuǎn)，在該電路中實質(zhì)上是主、副繞組相互交換來實現(xiàn)正反轉(zhuǎn)的，因此這種單相異步電動機的工作繞組和啟動繞組必須是可以互換的。所以它的工作繞組、啟動繞組的線圈匝數(shù)線徑，所占槽位數(shù)都是應(yīng)該完全相同的。圖2.3 單相異步電動機控制電路如圖2.3所示，控制電路工作電壓與PLC電源相同，其中R4為限流電阻，NPN型三極管PE8050在電路中用作開關(guān)管的功能，PE8050其耐壓值為30V，額定電流為1.5A，所以可在此電路中安全使用。此控制電路的工作必須在啟動信號為1的條件下，當正轉(zhuǎn)控制信號為1，反轉(zhuǎn)控制信號為0時，繼電器KM1線圈得電，驅(qū)動電路中繼電器KM1常開觸點KM1閉合，電機正轉(zhuǎn)。當正轉(zhuǎn)控制信

14、號為0，反轉(zhuǎn)控制信號為1時，KM1線圈失電，動合觸點KM1斷開，繼電器KM2線圈得電，驅(qū)動電路中，繼電器KM2的常開觸點閉合，電機反轉(zhuǎn)。啟動信號為0時，整個控制電路失電，繼電器KM1、KM2線圈失電，動合觸點斷開，電機停止，洗衣機停止工作。2.3 報警電路設(shè)計報警電路工作于洗衣機完成洗衣后，自動報警3s，告知洗衣完成。然后自動停機。圖2.4 報警電路電路圖如圖2.4所示，當報警控制信號為1時，蜂鳴器發(fā)聲報警。2.4 進排水控制電路設(shè)計 進水閥閥門簡介本文所選擇的進水電磁閥為海鷹FCD3-4型單頭進水電磁閥。其控制簡單，使用方便，體積小，價格低，性能優(yōu)良。圖2.5 單頭進水電磁閥由圖2.5可知，

15、該電磁閥的額定工作電壓為220V，額定工作電流26mA。圖2.6 海鷹FCD3-4型單頭進水電磁閥內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖進水閥的結(jié)構(gòu)圖如圖2.6所示，未通電時，電磁線圈13無電流通過，動鐵芯7的橡膠堵頭6在復(fù)位彈簧8作用下，將閥門接盤5的中心孔D封閉。此時注入水經(jīng)過濾網(wǎng)16流入進水腔B內(nèi)，再經(jīng)由閥門接盤5的平面孔A流八平衡腔E內(nèi)，平衡腔E內(nèi)的注入水不能外泄。由于注入的自來水有一定的水壓，而橡膠皮閥門4平衡腔E側(cè)的受壓面積大于其進水腔B的受壓面積，使作用于橡膠閥門4的E側(cè)壓大于B側(cè)壓力。因此橡膠閥門4在E側(cè)壓力的作用下緊緊地壓在閥體3出水通道C右端的閥座上，將出水通道C封閉，注入水不能流入C內(nèi)，進水閥呈關(guān)閉

16、狀態(tài)。接通電源后，電磁線圈13有交流電流流過，產(chǎn)生的磁力吸引鐵芯7和橡膠堵頭6向右移動，閥門接盤5的中心孔D被打開，平衡腔內(nèi)的注入水從中心孔D流出。中心孔D的面積大于平衡孔A的面積E腔內(nèi)的注入水從中心孔D流出的流量遠大于平衡孔A流入的流量，使E腔內(nèi)水的壓力很快下降，橡膠閥門4在B側(cè)壓力大于E側(cè)壓力的作用下向右鼓起，進水閥呈開啟狀態(tài)，注入水從進水閥過濾網(wǎng)，經(jīng)進水腔B和出水通道C流入盛水桶內(nèi)，實現(xiàn)對洗衣機進水。到達設(shè)定水位后，水位監(jiān)測元件向微處理器輸入水位監(jiān)測信號，程控器對進水閥停止供電。進水閥閉合，停止進水，與此同時，電動機得到指令運行而進入洗滌程序。 進水閥門控制電路設(shè)計圖2.7 進水閥門控制

17、電路如圖2.7所示，當進水閥控制信號為1時，繼電器KM4線圈得電，繼電器動合觸點閉合，進水電磁閥工作，當進水電磁閥控制信號為0時，繼電器線圈失電，動合觸點斷開，進水閥自動關(guān)閉，停止進水。 排水閥門簡介本文設(shè)計所使用的排水閥為外排水式排水閥，外排水式即將排水閥設(shè)在洗衣桶之外。外排水式排水閥主要由牽引機構(gòu)與閥門兩部分構(gòu)成。圖2.8 排水閥牽引機構(gòu)洗滌時，電磁閥不得電，銜鐵處在被拉出位置，排水閥關(guān)閉（不流水），當有放水或兼有甩干程序時，電磁閥端子上得電，瞬間產(chǎn)生巨大的磁力，使銜鐵能很快被吸入，并將排水閥門打開，開始排水。圖2.9 排水閥門機械結(jié)構(gòu)外排水閥安裝于排水管的閥座上，排水管接在洗衣桶出水口上

18、。排水閥的開啟和關(guān)閉由排水拉帶控制。在排水拉帶放松時，橡膠閥在排水閥彈簧力的作用下壓緊在閥座上，依靠橡膠閥口的彈性變形起到封閉作用。當排水拉帶被拉起時，排水拉帶克服彈簧力，將橡膠閥拉起，水即從橡膠閥與閥座間的開口流出。橡膠閥另一端由排水閥蓋壓緊在閥座上而不能漏水。 排水閥門控制電路設(shè)計圖2.10 排水閥門控制電路排水閥控制電路工作原理與圖2.7進水閥門控制電路原理相同，在此不再贅述。2.5 水位檢測電路設(shè)計圖2.11水位檢測電路設(shè)計如圖2.11所示，水位檢測電路的工作原理是通過桶內(nèi)三個水位感應(yīng)電極感應(yīng)水位，當水位到達低水位感應(yīng)電極時，低水位所接開關(guān)管導(dǎo)通，低水位輸出信號端輸出低電平，PLC捕捉

19、電平后執(zhí)行相關(guān)程序，高水位與低水位工作原理相同。通過各模塊電路的組合調(diào)試，由PLC控制的全制動洗衣機的硬件電路設(shè)計基本完成。三、軟件程序?qū)崿F(xiàn)根據(jù)全自動洗衣機的功能要求，軟件設(shè)計主要完成以下功能：（1）按下啟動按鈕及水位選擇開關(guān)后，洗衣機啟動，并且開始注水，直到水位上升到開關(guān)設(shè)定的水位，關(guān)閉進水閥。（2）關(guān)閉進水閥后延時2s，然后自動開始洗滌。（3）洗滌時，洗衣機滾筒首先正轉(zhuǎn)30s，停止2s，然后再反轉(zhuǎn)30s，停止2s。（4）如此循環(huán)5次，總共320s后開始排水，水排空以后開始脫水，脫水時間為30s。（5）第一次脫水完成后開始自動漂洗，重復(fù)（2）（5）的步驟，一共清洗兩遍。（6）清洗完成后，洗衣

20、機報警3s提示洗衣完成并且自動停機。（7）在自動控制的過程中若按下停車按扭，可進入手動控制過程，手動控制主要包括可手動排水（不脫水）和手動脫水。3.1 軟件開發(fā)環(huán)境簡介本設(shè)計所使用的編程環(huán)境為三菱公司開發(fā)的PLC編程軟件GX Developer8.52。該軟件適用于Q、QnU、QS、QnA、AnS、AnA、FX等全系列可編程控制器。支持梯形圖、指令表、SFC、 ST及FB、Label語言程序設(shè)計，網(wǎng)絡(luò)參數(shù)設(shè)定，可進行程序的線上更改、監(jiān)控及調(diào)試，具有異地讀寫PLC程序功能。使用簡單，操作方便，是PLC編程人員比較親賴的開發(fā)環(huán)境之一。3.2 全自動洗衣機程序流程圖水位選擇開始啟動進水正轉(zhuǎn)30s是否

21、已洗滌5次到達預(yù)設(shè)水位暫停2s暫停2s反轉(zhuǎn)30s暫停2s排水到達水位脫水30s是否反復(fù)洗滌3次報警3s停機是否是否是否手動排水手動排水是是否手動脫水手動脫水是圖3.3全自動洗衣機程序流程圖3.3全自動洗衣機功能梯形圖編程實現(xiàn)本設(shè)計所采用的編程方法主要為采用步進梯形指令構(gòu)成步進梯形圖。步進梯形指令簡稱步進指令。三菱FX系列PLC有兩條步進指令：STL和RET，STL是步進開始指令，RET是步進結(jié)束之令。利用這兩條指令就可以很方便地對順序控制系統(tǒng)的功能圖進行編程。指令表清單：0 LD M80021 SET S03 LD X0024 MPS5 AND X0126 OUT Y0057 MPP8 AND

22、 X0139 OUT Y00610 STL S011 LDI X00212 RST C114 AND X00115 SET S2017 STL S2018 LDI X00219 RST C021 OUT Y00222 MPS23 AND X00324 AND X00725 SET S2127 MRD28 AND X00429 AND X01030 SET S2132 MPP33 AND X00534 AND X01135 SET S2137 STL S2138 LDI X00239 OUT T0 K2042 AND T043 SET S2245 STL S2246 LDI X00247 OUT

23、 Y00148 OUT Y00349 OUT T1 K30052 AND T153 SET S2355 STL S2356 LDI X00257 OUT T2 K2060 AND T261 SET S2463 STL S2464 LDI X00265 OUT Y00166 OUT Y00467 OUT T3 K30070 AND T371 SET S2573 STL S2574 LDI X00275 OUT T4 K2078 AND T479 OUT C0 K582 MPS83 AND C084 SET S2686 MPP87 ANI C088 SET S2290 STL S2691 LDI

24、X00292 OUT Y00593 AND X00694 SET S2796 STL S2797 LDI X00298 OUT Y00199 OUT Y006100 OUT T5 K300103 AND T5104 OUT C1 K3107 MPS108 AND C1109 SET S28111 MPP112 ANI C1113 SET S20115 STL S28116 LDI X002117 OUT Y007118 OUT T6 K30121 AND T6122 SET S0124 END3.4 系統(tǒng)調(diào)試連接好PLC，打開軟件，選定合適的通信端口。首先用軟件遠程使PLC停止工作，RUN燈熄

25、滅。然后把編好的程序?qū)懭隤LC，再用軟件啟動PLC，發(fā)現(xiàn)PLC的RUN指示燈亮，程序運行時，按下啟動按鈕X001，置位狀態(tài)寄存器S20，控制進水閥開始進水。由外部跟定液位信號，比如選定高水位洗滌，則閉合X003,過一會兒再閉合X007，相當于已達到高水位，從而置位S21，S20自動復(fù)位，關(guān)閉進水，同時啟動T0計時器暫停2s。計時完畢，T0常開點閉合，置位S22，洗衣機開始正轉(zhuǎn)，并開啟T1計時器計時30s。計時完畢，T1常開點閉合，置位S23，開啟暫停2s的T2計時器。計時完畢，T2常開點閉合，置位S24，控制電動機反轉(zhuǎn)，同時開啟T3計時器計時30s。計時完畢，T3常開點閉合，從而置位S25，開啟暫停2s計時器T4。計時到時，并啟動計時器C0，計數(shù)一次，同時返回S22，直到計數(shù)器計到5次時，即正反轉(zhuǎn)320s后，置位S26，開始排水.當排空后，X011有信號，從而置位S27,啟動脫水，并保持排水，同時開啟T5計時器計時30s。計時到時，T5常開點閉合，C1計數(shù)一次，同時返回S20，直到C1計時3次時，即反復(fù)洗滌兩次后，C1常開點閉合，置位S28，開啟報警電路，揚聲器發(fā)出響聲提示洗衣完成，同時啟動T6計時器，控制報警